Склейка АБС-пластика УФ-клеем: выбор марки, прозрачный АБС и пары с другими пластиками

Почему АБС обычно непрозрачный

АБС – это не один полимер, а композиция из трёх составляющих: акрилонитрил, бутадиен, стирол. Устроена она как жёсткая матрица из сополимера стирола с акрилонитрилом, в которой распределены частицы бутадиенового каучука.

Каучуковые частицы и дают материалу ударную вязкость: трещина, дойдя до эластичного включения, гасится и не развивается дальше. За это приходится платить прозрачностью. У каучука и у матрицы разные показатели преломления, а размер частиц сопоставим с длиной волны видимого света. На каждой границе свет преломляется и рассеивается, и материал выглядит молочно-белым независимо от того, окрашен он или нет.

Отсюда сразу два следствия для склейки, определяющие всю технологию:

• Ультрафиолет через АБС не проходит. Отверждать шов со стороны детали из АБС не получится.
• Две непрозрачные детали из АБС УФ-клеем не соединить. Излучение в шов не проходит, и технология здесь не подходит в принципе. Склеить можно, например, цианоакрилатным клеем.

Какой АБС склеивают

Марок АБС много, и различаются они соотношением трёх составляющих и добавками. Для склейки существенны четыре группы.

В каких изделиях встречается

Общее у всех строк: АБС выступает несущей непрозрачной частью, а приклеивают к нему прозрачную. Это и есть типовая задача, под которую подбирают состав.

Прозрачный АБС: где он встречается

Прозрачная разновидность называется МАБС, и получают её, вводя в жёсткую матрицу метилметакрилат. Это смещает показатель преломления матрицы так, что он совпадает с показателем каучуковой фазы. Свет перестаёт рассеиваться на границах, и материал становится светопрозрачным, сохраняя ударную вязкость выше, чем у полистирола и акрила.

Где его применяют:

• Косметическая и парфюмерная упаковка – колпачки, флаконы, футляры, где нужен блеск и стойкость к падению.
• Медицинские изделия – корпуса, прозрачные камеры и смотровые элементы.
• Бытовая техника – смотровые окна, ёмкости, прозрачные крышки.
• Конструкторы и игрушки – прозрачные детали, которым нужна прочность на удар.
• Оргтехника и приборы – окна индикаторов и защитные экраны.

Что меняется при склейке МАБС. Материал пропускает ультрафиолет, поэтому облучать можно с любой стороны и пара из двух прозрачных деталей становится возможной. Зато появляется требование к внешнему виду шва: он виден насквозь, и к нему предъявляют те же требования, что к склейке акрила.

Показатель преломления у прозрачного АБС лежит около 1,53–1,55 – выше, чем у акрила и у стекла. У клеёв линейки он 1,46–1,47, и разница заметнее, чем на акриле. Насколько именно – посчитано ниже, в разделе про расчёты.

С какими пластиками АБС соединяют чаще всего

Практически всегда это пара «непрозрачный корпус из АБС плюс прозрачная деталь». Прозрачная и работает окном для ультрафиолета.

Практический вывод. Марку подбирают под ту деталь пары, которая труднее, и под тип шва. Если прозрачная часть акриловая – а это большинство случаев, – берут состав под акрил. Если полистирольная или из ПЭТ – под них.

Какую марку выбрать

Обе марки заявлены для АБС в карточках. Различает их вязкость и, как следствие, тип соединения: A-200 держится там, где состав не должен стекать, P-450 заходит туда, куда густой не пойдёт. Твёрдость шва у них одинаковая.

В разделе каталога для АБС есть и другие марки под смежные задачи – от маловязких до тиксотропных и эластичных. Если у вас нестандартный зазор или шов должен работать на подвижном соединении, состав подберут отдельно.

Подготовка поверхности

По смачиванию АБС удобен: его поверхностная энергия лежит примерно на 35–42 мН/м – выше, чем у полистирола, и близко к поликарбонату. УФ-клей ложится на него нормально, и праймер в обычной работе не нужен.

Сложность в другом.

Главная опасность – растворители

АБС растворяется ацетоном. Это его известное свойство, на котором построена склейка АБС растворителем, и оно же делает обезжиривание опасной операцией.

Отдельно про растрескивание. Литая деталь из АБС несёт внутренние напряжения от формования, особенно у литников, рёбер и резких переходов толщины. Растворитель в сочетании с этими напряжениями даёт сетку мелких трещин – тот же механизм, что у полистирола. Поэтому опасны не только прямые попадания: пары в помещении, ветошь после другой детали, остатки очистителя в щели действуют так же.

Порядок подготовки

• Снять следы разделительной смазки. На литых деталях она остаётся с формы и мешает сильнее любого другого загрязнения.
• Обезжирить изопропиловым спиртом, протирая безворсовой салфеткой в одном направлении.
• Матировать торец при необходимости. Мелкий абразив без нажима: перегрев от трения добавляет напряжений. После матирования обеспылить.
• Проверить смачивание каплей на обрезке: она должна растечься.
• Учесть отделку. Гальваническое покрытие, лак, краска и плёнка означают, что клеится покрытие, и держать соединение будет его сцепление с основой.

Засветка: ультрафиолет идёт через прозрачную деталь

Порядок тот же, что для любой пары с непрозрачным основанием. Доза, дошедшая до шва:

H = E × T × t

где E – облучённость источника, мВт/см²; T – пропускание прозрачной детали на рабочей длине волны; t – время, с.

• Источник ставят со стороны прозрачной детали. Для пластиков основной – лампа 395 нм, дополнительно подходит светодиодный 365 нм.
• Толстая прозрачная деталь требует поправки. Акрил пропускает хорошо, поликарбонат со стабилизирующим слоем – заметно хуже, и выдержку увеличивают.
• Окрашенная или матовая прозрачная часть снижает пропускание сильнее всего; режим под неё проверяют опытом.
• Открытый край шва останется липким. Кислородное ингибирование снимают перекрытием плёнкой или дозасветкой.
• Лампу к АБС близко не приближают. Материал размягчается при умеренном нагреве, и тонкую деталь ведёт. Источник отодвигают и увеличивают выдержку.

Методика измерения пропускания разобрана в статье «Как проверить, пропускает ли материал ультрафиолет».

Расчёты

Насколько виден шов на прозрачном АБС

Вопрос актуален только для МАБС, и ответ считается по формуле Френеля для отражения на границе двух сред:

R = ( (n₁ − n₂) / (n₁ + n₂) )²

где n₁ и n₂ – показатели преломления соприкасающихся материалов. Чем ближе они друг к другу, тем меньше отражение и тем незаметнее граница.

Два вывода. Первый: на прозрачном АБС шов различим сильнее, чем на акриле – отражение выше в семь раз, потому что показатель преломления материала выше. Для большинства изделий это по-прежнему незаметно, но в оптически ответственной детали разницу учитывают.

Второй вывод важнее: непроклеенный участок с воздушным зазором отражает в 64 раза сильнее, чем заполненный клеем. Именно поэтому пузырь или пустота в шве бросается в глаза, тогда как сам шов не виден. Задача при сборке прозрачной пары – не подобрать клей по преломлению, а вытеснить воздух полностью.

Прочность торцевого шва

F = τ × A

Пример. Торцевой шов длиной 100 мм по кромке детали толщиной 3 мм, клей A-200 с прочностью на сдвиг 25 кг/см²:

A = 10 × 0,3 = 3 см², F = 25 × 3 = 75 кгс, с запасом 3 допустимая нагрузка 25 кгс.

Оговорка та же, что и для других пластиков: числа описывают прочность клея. Разрушение пойдёт по АБС или по границе с покрытием, если оно есть, поэтому расчёт задаёт верхнюю границу, а реальный предел проверяют на образце.

Температурные напряжения в паре с другим материалом

Δl = Δα × l × ΔT

У АБС коэффициент теплового расширения около 80–100·10⁻⁶ 1/К – один из самых высоких среди конструкционных пластиков. У акрила он близок, поэтому пара АБС-акрил по температуре согласована хорошо. А вот со стеклом, у которого около 9·10⁻⁶, разница почти десятикратная.

Пример. АБС со стеклом, длина шва 150 мм, перепад 30 градусов:

Δα ≈ 80·10⁻⁶ 1/К, Δl = 80·10⁻⁶ × 150 × 30 = 0,36 мм

Треть миллиметра взаимного смещения соединение должно чем-то отработать, и берёт это на себя шов. Поэтому в паре со стеклом его делают толще: та же деформация распределяется на больший объём.

Частые ошибки

• Обезжиривают ацетоном. АБС им растворяется, а на литой детали с внутренними напряжениями появляется сетка трещин. Только изопропиловый спирт.
• Держат растворители на том же участке. Пары и перенос ветошью действуют так же, как прямое попадание.
• Пытаются облучать через деталь из АБС. Каучуковая фаза рассеивает излучение, и до шва оно не доходит.
• Берутся соединять две непрозрачные детали. Ультрафиолет в шов завести нечем, нужен состав другого типа отверждения.
• Не снимают разделительную смазку с литой детали. Она остаётся с формы и мешает сильнее прочих загрязнений.
• Не замечают покрытия. Гальваника, лак и плёнка означают, что клеится покрытие, и держать будет его сцепление с основой.
• Ставят лампу вплотную. АБС размягчается при умеренном нагреве, тонкую деталь ведёт.
• Матируют торец с нажимом. Нагрев от трения добавляет к литейным напряжениям свои.
• Оставляют воздух в клеевом шве. Не полностью заполненный шов заметен сильнее заполненного шва, и его видно сразу.
• Выбирают марку по прочности. Разрушение пойдёт по пластику; выбирать нужно по зазору и по положению шва.

Почему нужно применять УФ-клеи «Спектр»?

НИПГ «Спектр» с 2005 года разрабатывает и производит УФ-отверждаемые материалы. В линейке для пластиков марка подбирается под материал и под тип шва: A-200 рассчитан на торцевую склейку и на пару с акрилом, P-450 – на соединения с полистиролом, ПЭТ и поликарбонатом. Обе марки заявлены для АБС, и обе есть в разделе каталога для АБС-пластика.

Составы и источники ультрафиолета – в разделах УФ-клеи и УФ-лампы. Если АБС соединяется с другим пластиком, скажите при подборе, из чего сделана прозрачная деталь и какой она толщины: от этого зависит и марка, и режим засветки.

Часто задаваемые вопросы

Каким УФ-клеем клеить АБС-пластик?
A-200 под торцевой шов и пару с акрилом: густой состав держится на торце и не стекает с вертикальной поверхности. P-450 – когда АБС соединяют с полистиролом, ПЭТ, поликарбонатом или стеклом, его средняя вязкость удобна на тонком торце. Обе марки заявлены для АБС в карточках.

Почему АБС непрозрачный?
Это композиция из жёсткой матрицы и частиц бутадиенового каучука. У них разные показатели преломления, а размер частиц сопоставим с длиной волны видимого света, поэтому на каждой границе свет рассеивается, и материал выглядит молочно-белым. Каучук при этом и даёт АБС ударную вязкость: трещина гасится на эластичном включении.

Бывает ли прозрачный АБС?
Да, он называется МАБС. В жёсткую матрицу вводят метилметакрилат, чтобы её показатель преломления совпал с показателем каучука – рассеяние исчезает, и материал становится светопрозрачным. Ударная вязкость у него ниже, чем у ударопрочных марок АБС, но выше, чем у полистирола и акрила.

Где встречается прозрачный АБС?
В косметической и парфюмерной упаковке, медицинских изделиях, смотровых окнах и прозрачных ёмкостях бытовой техники, прозрачных деталях конструкторов и игрушек, окнах индикаторов приборов.

С какими пластиками АБС склеивают чаще всего?
С акрилом – это самое частое сочетание: окна приборов, витринные вставки, декор. Дальше идут поликарбонат, полистирол, ПЭТ и стекло. Общее у всех пар одно: АБС выступает непрозрачной несущей частью, а прозрачная работает окном для ультрафиолета.

Можно ли склеить две детали из АБС УФ-клеем?
Нет, если обе непрозрачны. Излучение в шов завести нечем, и технология не подходит в принципе. Исключение – прозрачный МАБС: он ультрафиолет пропускает.

Чем обезжиривать АБС?
Только изопропиловым спиртом. Ацетон и метилэтилкетон растворяют АБС, а на литой детали с внутренними напряжениями вызывают растрескивание. Опасны и пары растворителя в помещении, и ветошь, которой протирали другую деталь.

Нужен ли праймер для АБС?
В обычной работе нет: поверхностная энергия около 35–42 мН/м обеспечивает нормальное смачивание. Если шов не держится, сначала проверяют разделительную смазку от формы, наличие покрытия и доходит ли ультрафиолет через прозрачную деталь.

Будет ли виден шов на прозрачном АБС?
Слегка. Показатель преломления МАБС около 1,53–1,55, у клеёв линейки 1,46–1,47, и отражение на границе получается примерно в семь раз сильнее, чем на акриле. Для большинства изделий это незаметно. Куда заметнее непроклеенный участок: воздушный зазор отражает в 64 раза сильнее заполненного шва, поэтому главная задача при сборке – полностью вытеснить воздух.

Почему нельзя ставить лампу вплотную?
АБС размягчается при умеренном нагреве, и тонкую деталь от мощного источника ведёт прямо во время засветки. Источник отодвигают и увеличивают выдержку: облучённость падает пропорционально квадрату расстояния, поэтому вдвое дальше означает вчетверо дольше.

Можно ли клеить напечатанные детали из АБС?
Да. Слоистая поверхность даже увеличивает площадь контакта, но шов ложится неравномерно, а между слоями остаются полости, куда уходит состав. Для таких деталей берут более густую марку и закладывают больший расход.

Обращайтесь, если необходима помощь с подбором состава под конкретную задачу – детально проконсультируем по возникшим вопросам.

E-mail: market@nipg.ru
Тел.: +7 (831) 414-01-71, 8 (800) 600-76-32
Мессенджеры: WhatsApp, Telegram, МАХ

Материал подготовлен техническим специалистом ООО НИПГ «Спектр». При полном или частичном копировании материалов ссылка на источник обязательна.